METTL3 介导 m6A 修饰调控血管平滑肌细胞成骨重编程机制及对慢性肾病血管钙化的意义

《Communications Biology》：METTL3 obstructs vascular smooth muscle cells osteogenic reprogramming by methylating Runx2 in chronic kidney disease

为探究慢性肾病（CKD）中血管平滑肌细胞（VSMCs）成骨重编程机制，研究人员开展了 m6A 修饰相关研究。结果发现 METTL3 通过 YTHDF2 介导 Runx2 mRNA 降解，抑制 VSMCs 成骨重编程和钙化。该研究为 CKD 血管钙化治疗提供潜在靶点。

　　在人体的血管系统中，血管平滑肌细胞（Vascular Smooth Muscle Cells，VSMCs）就像忠诚的卫士，凭借其收缩特性维持着血管的完整性和正常功能。然而，在慢性肾病（Chronic Kidney Disease，CKD）等多种疾病的影响下，这些 “卫士” 却会发生意想不到的变化。当受到高磷血症等病理刺激时，VSMCs 会展现出突出的表型可塑性，开启成骨重编程的 “异常旅程”。这一过程中，它们会丢失 α- 平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和平滑肌 22α 肌动蛋白（SM22α）等特异性收缩标记，反而增加骨桥蛋白（OPN）和 I 型胶原蛋白 α1（Col1α1）等成骨标记的表达，最终导致血管钙化（Vascular Calcification，VC）。VC 就像是血管壁上的 “定时炸弹”，极大地增加了 CKD 患者心血管疾病的发病和死亡风险。但由于目前对其分子机制缺乏全面了解，现有的抗 VC 干预措施效果并不理想。因此，深入探究 VSMCs 成骨重编程的机制迫在眉睫。

为了攻克这一难题，河北医科大学第四医院、河北省慢性肾脏病临床研究中心以及河北省肾脏病血管钙化重点实验室的研究人员展开了一项重要研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们理解这一复杂的生物学过程带来了新的曙光。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。在样本方面，选取了 62 例接受维持性血液透析的 CKD 患者，收集其血清和桡动脉组织样本；同时使用 8 周龄雄性 Sprague-Dawley（SD）大鼠构建 CKD 动物模型。技术方法上，通过多排探测器计算机断层扫描仪评估患者冠状动脉钙化情况；运用 RNA m⁶A 定量检测总 RNA 的 m⁶A 修饰水平；利用质粒转染改变细胞中相关基因的表达；采用 RT-qPCR 分析基因的 mRNA 表达水平；借助 RNA 稳定性测定、m⁶A RIP-qPCR 等技术探究基因表达调控机制 。

下面来详细看看具体的研究结果：

1. 慢性肾病血管钙化中异常的 m⁶A 甲基化水平由 METTL3 介导：研究人员对比了有或无动脉钙化的 CKD 患者血清 m⁶A 水平，发现 VC 患者的 m⁶A 水平更低，且随着 VC 严重程度增加而降低。进一步研究发现，METTL3 在 VC 中显著下调，与 m⁶A 水平呈负相关，其表达降低可能是 VC 进展中 m⁶A 水平降低的关键分子标志，在人体和大鼠中均得到验证。
2. METTL3 抑制 VSMCs 的成骨重编程和钙化形成：在实验中，研究人员通过敲低和过表达 METTL3 基因，观察 VSMCs 的变化。结果显示，敲低 METTL3 会促进 VSMCs 的钙化和向成骨表型转化，而过表达 METTL3 则能抑制高磷诱导的 VSMCs 钙化和向成骨表型转化，表明 METTL3 在抑制 VSMCs 成骨重编程和钙化方面发挥重要作用。
3. METTL3 在 VSMCs 中反向调节 Runx2 表达：Runx2 是成骨过程中的关键转录因子，在 VSMCs 成骨重编程中起重要作用。研究发现，Runx2 的表达与 METTL3 呈反向相关。敲低 METTL3 会使 Runx2 表达增加，而过表达 METTL3 则使 Runx2 表达降低，说明 METTL3 能够负向调节 Runx2 在 VSMCs 中的表达。
4. METTL3 调节 Runx2 的 mRNA m⁶A 甲基化和不稳定性：研究人员预测并验证了 METTL3 可以介导 Runx2 的 m⁶A 修饰，影响其 mRNA 稳定性。高磷刺激会使 Runx2 的 m⁶A 甲基化水平降低，敲低 METTL3 会进一步降低其 m⁶A 甲基化水平，延长 Runx2 mRNA 的半衰期；而过表达 METTL3 则增加 m⁶A 甲基化水平，缩短半衰期，揭示了 m⁶A 介导的 Runx2 表达下调与 mRNA 降解调控有关。
5. METTL3 通过 m⁶A-YTHDF2 依赖的方式降低 Runx2 mRNA 稳定性：YTHDF2 是一种 m⁶A 阅读器，研究发现它能识别 Runx2 的 m⁶A 修饰位点，加速其 mRNA 降解。敲低 YTHDF2 会使 Runx2 表达增加，mRNA 稳定性增强；过表达 YTHDF2 则相反。敲低 METTL3 可以部分挽救由 YTHDF2 过表达导致的 Runx2 表达降低，表明 METTL3 通过 m⁶A-YTHDF2 依赖的方式加速 Runx2 mRNA 降解。
6. YTHDF2 识别 Runx2 3′ UTR 区域的特定 m⁶A 甲基化位点：研究人员通过生物信息学预测并构建突变体进行验证，发现 YTHDF2 能识别 Runx2 3′ UTR 区域中 chr 6:45547767 位点的 m⁶A 修饰，该位点突变后，YTHDF2 对 Runx2 的调控作用消失，进一步明确了 YTHDF2 识别 Runx2 m⁶A 修饰位点的机制。
7. 抑制 METTL3 表达促进 CKD 大鼠动脉的成骨重编程和钙化：在动物实验中，给 CKD 大鼠使用 METTL3 抑制剂 SAH 后，发现其主动脉的血管钙化加重，成骨标记物增加，收缩标记物减少，同时 Runx2 表达升高，表明抑制 METTL3 会促进 VSMCs 的成骨转分化和钙化，提示 METTL3 可能是 CKD 中触发成骨重编程和加重 VC 进展的潜在靶点。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：在 CKD 进展过程中，血清 m⁶A 水平随着 VC 的加重而降低，这主要是由于 METTL3 下调所致。METTL3 通过 YTHDF2 介导的 mRNA 降解途径负向调节 Runx2 表达，进而抑制 VSMCs 的成骨重编程和钙化。这一发现揭示了 m⁶A 修饰在 VSMCs 成骨重编程中的新机制，为 CKD 患者 VC 的治疗提供了潜在的治疗靶点。不过，目前研究仍存在一定局限性，如缺乏健康人群和不同病因 CKD 患者的对照数据，相关发现还需进一步验证等。但总体而言，该研究为慢性肾病血管钙化的研究和治疗开辟了新方向，具有重要的理论和临床意义，有望为未来开发更有效的治疗策略提供关键线索 。